电解原理学案.docx

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电解原理学案

电解原理学案

整理：

赵卫军审查：

王杰校对：

张昱祥2012/3/16

[学习目标]　

1.理解电解池的工作原理。

2.能熟练书写电解池的电极反应式和电池总反应方程式。

3.了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。

4.熟练应用电子得失守恒进行电解的计算。

[重点·难点]　

1、电极反应方程式的书写及电解产物的判断。

2、有关电解的应用及计算。

1．电解的概念

使电流通过________________而在阴、阳两极引起________________的过程。

2．电解池

（1）概念：

将________转化为____________的装置。

（2）构成（如图）

①________________　②________________

③________________　④________________

（3）工作原理

电极名称

阴极

阳极

实验现象

有________析出

有________生成

反应类型

____反应

____反应

电极反应式

电池反应

3.如图所示的装置能够组成电解池的是（　　）

A．①②B．②③C．③④D．①④

4．工作原理

5．下列关于电解池的叙述中，正确的是（　　）

A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的

B．金属导线中电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极

C．在电解质溶液中，阴离子向阴极运动，阳离子向阳极运动

D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等

6．电解池中阴、阳两极的判断方法

（1）通过直流电源的连接：

阳极—连接电源____极；阴极—连接电源____极。

（2）通过发生的反应：

阳极—发生________反应；阴极—发生________反应。

（3）通过电子流向及反应中电子得失：

阳极—电子________，反应中____电子。

阴极—电子________，反应中____电子。

7．电解饱和食盐水

（1）电极反应式

阳极：

发生________反应__________________________。

阴极：

发生________反应__________________________。

（2）总反应式

化学方程式：

______________________________________________________________。

离子方程式：

______________________________________________________________。

（3）关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是（　　）

A．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

8．电镀

（1）定义：

电镀是应用________原理在某些金属表面镀上一薄层其他________或________的方法。

（2）电镀池的构成

（3）电镀目的：

使金属增强________能力，增加美观和表面硬度。

（4）在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（　　）

A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

9．电解精炼铜

（1）装置

（2）电极反应

（3）阳极泥

铜的电解精炼过程中，粗铜中____________的金属与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池底部形成的物质。

（4）在某镀件上镀铜时，电镀液中CuSO4的浓度如何变化？

电解精炼铜时，电解液中CuSO4的浓度如何变化？

10．电冶金

（1）金属冶炼的本质：

使矿石中的____________获得电子，从它们的化合物中________出来。

如Mn＋＋ne－===M。

（2）电冶金：

电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些________________单质的制取，如冶炼________________等活泼金属。

（3）电解熔融的氯化钠

阳极反应：

___________________________________；

阴极反应：

__________________________________；

总反应：

_________________________。

一、电解时电极产物的判断及电极反应式的书写

1．电解产物的判断

（1）阳极产物

①活性电极：

________________失电子，________被溶解。

②惰性电极：

溶液中阴离子放电，放电顺序：

S2－>____>____>____>____>含氧酸根（如SO

、NO

）。

若S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是____、____、____、____。

若OH－放电，则得____和____。

（2）阴极产物

溶液中阳离子放电。

放电顺序：

____>Hg2＋>____>______>H＋，H＋放电产物为____。

2．电极反应式的书写

（1）确定电极：

与电源正极相连的为____极，与电源负极相连的为____极。

（2）确定电极反应

阳极：

①活泼电极（如Ag、Cu、Fe等）为阳极，则电极____失电子。

②惰性电极（如Pt、石墨等）为阳极，则________________________失电子。

阴极：

电解质溶液中________得电子。

（3）写电极反应式

电极反应式的书写可概括为：

①列物质，标得失；②选离子，配电荷；③配个数，巧用水。

典例1

　Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为：

2Cu＋H2O

Cu2O＋H2↑。

下列说法正确的是（　　）

A．石墨电极上产生氢气

B．铜电极发生还原反应

C．铜电极接直流电源的负极

D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成

变式训练1

　写出用惰性电极电解下列电解质溶液的电极反应式及电解反应的化学方程式：

（1）Ba（OH）2：

________________________________________________________________________；

（2）CuCl2：

________________________________________________________________________；

（3）KCl：

________________________________________________________________________；

（4）AgNO3：

________________________________________________________________________。

　注意　用惰性电极电解电解质水溶液时，若使电解后的溶液恢复原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的对应元素组成的化合物。

例如电解CuSO4溶液，发生反应2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若使溶液恢复原状态，可向溶液中加入CuO，若加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3会使溶液中水量增多，CuSO4溶液被稀释。

典例2

　采用惰性电极从NO

、SO

、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等离子中，选出适当的离子组成电解质，对其单一成分的溶液进行电解：

（1）两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是________________。

（2）若阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质的化学式可能是__________________。

（3）两极分别放出气体，且体积比为1∶1时，电解质的化学式可能是________________。

变式训练2

　用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，若保持温度不变，则一段时间后（　　）

A．溶液的酸性增强

B．c（Na＋）与c（CO

）的比值增大

C．溶液浓度变大，有晶体析出

D．溶液浓度不变，有晶体析出

变式训练3

　某同学按图所示的装置进行电解实验。

下列说法正确的是（　　）

①若将稀H2SO4换为浓硫酸，现象相同②石墨电极也可改为Pt电极③整个电解过程中，H＋的浓度不断增大④电解一定时间后，滴入酚酞试液，电解液变红

A．①②B．②③

C．②④D．①④

二、电解饱和食盐水

如右图所示安装仪器，电极材料为石墨，电解质溶液为饱和食盐水。

1．饱和食盐水中存在哪些离子？

在电场中它们的移动方向如何？

2．根据已学知识检验两极的气体产物。

3．写出电极反应式和电解反应的化学方程式并指明阴极和阳极。

现象

电极反应式

阴极

阳极

电解反应的化学方程式：

________________

阴极：

与电源负极相连的电极；

阳极：

与电源正极相连的电极。

典例1

　取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。

则下列说法错误的是（　　）

A．b电极是阴极

B．a电极与电源的正极相连接

C．电解过程中，水是氧化剂

D．b电极附近溶液的pH变小

变式训练1

　某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。

通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（　　）

A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl

B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl

C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl

D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl

三、铜的精炼和电镀

1．铜的精炼过程中，粗铜中的杂质（锌、铁、镍、银、金和铂等）是怎样被除去的？

2．电镀铜、精炼铜的比较

电镀铜

精炼铜

形成条件

________作阳极，____作阴极，电镀液必须________________

______作阳极，______作阴极，________作电解液

电极反应

阳极：

________________________

阳极：

________________

阴极：

________________

阴极：

________________

溶液浓

度变化

[典例2

冶炼铜矿石所获得的铜通常含有锌、铁、镍、银、金和铂等微量杂质，俗称粗铜。

工业上通常通过电解法除去这些杂质制得精铜，以提高铜的使用价值，扩大铜的应用范围。

（几种金属的相对原子质量是：

Fe－56，Ni－59，Cu－64，Zn－65，Ag－108，Au－197）

请完成下列问题：

（1）一般来说，电解精炼铜的初始电解质溶液里的阳离子是__________，写出铜的电解精炼过程中的阴极反应式________________________________。

（2）如果转移0.020mole－，下列说法中一定正确的是________。

①阴极质量增加0.64g　②阳极质量减少0.64g　③电解质溶液的质量保持不变　④电解质溶液的温度保持不变

变式训练2

　在50mL0.2mol·L－1的CuSO4溶液中插入两个电极通电电解（不考虑水分蒸发）。

则：

（1）若两极均为铜片，试说明电解过程中溶液浓度的变化情况：

__________________。

（2）若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是_____________________________。

（3）如不考虑H＋在阴极上放电，当电路中有0.04mole－通过时，阴极增重________g，阴极上的电极反应式是_________________________________________________________。

四、有关电解的计算

1．电解的有关计算常涉及的问题

（1）两极产物的定量计算；

（2）溶液pH的计算：

pH＝－lgc（H＋）；

（3）相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定；

（4）根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量。

2．解决电解问题的基本思路模式

（1）通电前：

电解质溶液中含有哪些阴、阳离子（包括水电离出的H＋和OH－）。

（2）通电时：

阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电。

（3）写电极反应式，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、电解质溶液中pH的变化、离子浓度的变化等。

3．步骤

（1）根据与电源的连接情况或实验现象，准确判断电极上发生氧化还原反应的类型和电极名称；

（2）准确写出电极反应式；

（3）根据题目所给条件和所要求解的问题，使用上述合适的方法建立等量关系求解。

[典例3

　将含0.4molCuSO4和0.4molNaCl的水溶液1L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到0.3mol铜，求在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是（　　）

A．5.6LB．6.72L

C．13.44LD．11.2L

[例2]　将500mL0.1mol·L－1的CuSO4和1mol·L－1的NaCl混合溶液，用石墨为电极电解。

一段时间后在阳极收集到4.48L（标准状况下）气体，溶液体积几乎没有变化。

求：

（1）阴极析出铜的质量。

（2）电解后溶液中NaCl的物质的量浓度。

（3）电解后溶液中c（OH－）的浓度。

[变式训练2]　1.0L等物质的量浓度的KNO3和Cu（NO3）2的混合液中c（NO

）＝4.0mol·L－1。

用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体（标准状况下），则原混合液中c（K＋）为（　　）

A．0.5mol·L－1B．1.0mol·L－1

C．1.5mol·L－1D．2.0mol·L－1

变式训练1

　2008年5月12日我国四川汶川发生特大地震，为防止在大灾之后疫病流行，全国各地向灾区运送了大量的各种消毒液，如NaClO溶液。

某校探究性学习小组对消毒液次氯酸钠（NaClO）的制备与性质等进行了探究。

甲同学：

为制备消毒液，探究并制作了一种家用环保型消毒液（NaClO溶液）发生器，设计了如图所示的装置，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。

请完成下列问题：

若通电时，为使生成的Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，则电源的a电极名称为______极（填“正”、“负”、“阴”或“阳”），与其相连的电极的电极反应式为___________；

装置溶液中反应生成NaClO的离子方程式为_________________________________

乙同学：

从某超市中查询到某品牌消毒液包装说明的部分内容摘录如下：

主要有效成分为次氯酸钠，有效氯含量8000～10000mg·L－1。

可用于各类家居用品、餐具、棉织衣物等的消毒，对彩色织物可能有褪色作用。

切勿用于丝绸、毛、尼龙、皮革、油漆表面，勿用于铝、铜、碳钢制品。

本品须密封，置阴凉暗处保存。

请完成以下实验探究过程：

Ⅰ.阅读材料，根据学过的知识判断问题

（1）当负极有1mol气体生成时，转移电子的物质的量为________mol，在________极（填“正”或“负”）滴入紫色石蕊试液会变红，在________极（同上）滴入酚酞试液会变红。

（2）该消毒液还具有的化学性质是________（填序号）。

A．强氧化性B．强还原性

C．不稳定性D．漂白性

E．弱酸性

参考答案

课前准备区

1．电解质溶液　氧化还原反应

2．

（1）电能　化学能　

（2）①直流电源　②两个电极　③电解质溶液或熔融电解质　④构成闭合回路　（3）红色的物质　黄绿色气体　还原　氧化　Cu2＋＋2e－===Cu　2Cl－－2e－===Cl2↑　Cu2＋＋2Cl－

Cu＋Cl2↑

3．C

4．从左→右，从上→下：

阴　阳　阳　阴

5.D

6．

（1）正　负　

（2）氧化　还原　（3）流出　失　流入　得

7．

（1）氧化　2Cl－－2e－===Cl2↑　还原2H＋＋2e－===H2↑　

（2）2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－

（3）B　[电解食盐水时发生的反应：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

总反应：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

对照分析选项，C错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：

Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕色，B正确；阴极附近产生大量的OH－，滴加酚酞后变红色，A错误；电解后生成NaOH，溶液呈碱性，D错误。

]

8．

（1）电解　金属　合金　

（2）①镀层金属　②待镀的金属制品　③含有镀层金属离子的溶液　（3）抗腐蚀　（4）A

9．

（1）粗铜　精铜　

（2）Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu　（3）不如铜活泼

（4）镀铜时，电镀液中CuSO4的浓度保持不变；电解精炼铜时，电解液中CuSO4的浓度减小。

10．

（1）金属离子　还原　

（2）活泼金属　钠、钙、镁、铝　（3）2Cl－－2e－===Cl2↑

2Na＋＋2e－===2Na　2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

课堂活动区

一、电解时电极产物的判断及电极反应式的书写

1．

（1）①电极自身　电极　②I－　Br－　Cl－　OH－　S　I2　Br2　Cl2　H2O　O2　

（2）Ag＋　Fe3＋　Cu2＋　H2

2．

（1）阳　阴　

（2）自身　②电解质溶液中阴离子　阳离子　

典例1　A　[由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，D选项错误。

]

变式训练1　

（1）阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

阴极：

4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－

总反应式：

2H2O

2H2↑＋O2↑

（2）阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

总反应式：

CuCl2

Cu＋Cl2↑

（3）阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

总反应式：

2KCl＋2H2O

2KOH＋H2↑＋Cl2↑

（4）阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

阴极：

4Ag＋＋4e－===4Ag

总反应式：

4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3

典例2　

（1）HNO3、H2SO4、Ba（NO3）2

（2）Cu（NO3）2、CuSO4、AgNO3

（3）HCl、BaCl2

解析　

（1）当生成H2、O2时，相当于电解水，是含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐的电解，符合要求的有HNO3、H2SO4、Ba（NO3）2。

（2）若有金属析出、O2放出，是不活泼金属的含氧酸盐的电解，符合要求的有Cu（NO3）2、CuSO4、AgNO3。

（3）两极分别放出气体且体积比为1∶1，则应是放出H2、Cl2，符合要求的有HCl、BaCl2。

变式训练2　D

变式训练3　B

二、电解饱和食盐水

1．在饱和食盐水中，存在着Na＋、Cl－、H＋、OH－四种离子；通电时Na＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向阳极移动。

2．阳极产物：

用玻璃棒粘一块湿润的KI淀粉试纸靠近阳极，一会儿发现试纸变蓝，说明阳极放出的气体是Cl2。

阴极产物：

用一小试管在阴极收集产生的气体，待收集满后，用拇指堵住管口，移到酒精灯火焰旁，松开拇指，若听到“噗”的一声，则说明收集的气体是H2。

3．有无色无味气体产生　2H＋＋2e－===H2↑　有黄绿色有刺激性气味的气体产生　2Cl－－2e－===Cl2↑　2NaCl＋H2O

H2↑＋Cl2↑＋2NaOH

典例1　D　[用惰性电极电解NaCl溶液，其电极反应分别为：

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑　阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑，由于a极出现了双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色，则a极为电解池的阳极，因为产生的Cl2与水反应生成HCl和HClO，HCl使pH试纸显红色，HClO具有漂白性，使pH试纸褪色，b极为阴极，H＋得电子产生H2，H＋来源于H2O的电离，因此在b极又同时生成了OH－，因此b极附近pH增大。

]

变式训练1　B

三、铜的精炼和电镀

1．粗铜中的锌、镍、铁等比铜活泼的金属发生氧化反应溶解变成金属阳离子进入溶液；银、金、铂等不如铜活泼的金属，在电解过程中不发生反应，沉积在电解池的底部形成阳极泥。

而阴极只有Cu2＋放电，Zn2＋、Ni2＋、Fe2＋等留在了电解质溶液中。

2．镀层金属　镀件　含有镀层金属的离子　粗铜　精铜　CuSO4溶液　Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu　Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋等　Cu2＋＋2e－===Cu　电镀液的浓度基本不变　溶液中溶质浓度减小

典例2

（1）H＋和Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu　

（2）①

解析　电解精炼铜的电解质溶液一般为用硫酸酸化了的硫酸铜溶液，其中的阳离子是H＋和Cu2＋。

粗铜中Fe、Zn、Ni均有可能放电转化为Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋，Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋、H＋和Cu2＋中放电能力Cu2＋最强，所以在阴极上放电的只有Cu2＋，当有0.020mole－转移时阴极增加

×64g·mol－1＝0.64g。

Ag和Au都不能放电，只是以固态单质的形式沉积于电解槽的底部。

Fe、Zn、Ni中，有相对原子质量比Cu大的，也有相对原子质量比Cu小的，且Fe、Zn、Ni的放电能力都强于Cu，首先在阳极上被溶解，因此阳极上放电的不只是铜，阳极质量减少量不固定，电解质溶液的质量也不会保持不变。

在电解精炼铜的过程中，能量转化的形式主要是电能转化为化学能，但也有一部分电能转化为热能，电解质溶液的温度肯定会变化。

变式训练2　

（1）不变　

（2）Zn－2e－===Zn2＋　（3）1.28　Cu2＋＋2e－===Cu

解析　

（1）

（2）小题类似于电镀原理，（3）由Cu2＋＋2e－===Cu可知2mole－～1molCu，故阴极析出Cu：

0.02mol×64g·mol－1＝1.28g。

四、有关电解的计算

典例3　A　[阴极：

0.3molCu2＋得到0.6mol电子

阳极：

失去的电子数也应为0.6mol

2Cl－－　　2e－　　===　Cl2↑

0．4mol0.4mol0.2mol

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

0.2mol0.05mol

得到Cl2和O2共0.25mol，标况下的体积为5.6L。

]

变式训练3　D

例2　

（1）3.2g　

（2）0.2mol·L－1

（3）0.6mol·L－1

解析　

（1）由题知阳极得到的气